HC VIN CÔNG NGH BU CHNH VIN THÔNG BO CO THC TP TT NGHIP ti: H THNG TRUYềN DẫN QUANG Giáo viên hng dn : Tin Trng Sinh viên thc hin : Nguyn Thanh Quý Lớp : L11CQVT05B H NI 2013 H THNG TRUYềN DẫN QUANG Bỏo cỏo thc tt nghip LI NểI U ====***==== Có ba phơng thức truyền dẫn đợc sử dụng mạng viễn thông là: truyền dẫn cáp đồng, truyền dẫn cáp quang, truyền dẫn sóng vô tuyến Kể từ hệ thống thông tin cáp sợi quang thức đa vào khai thác mạng viễn thông ngời thừa nhận phơng thức truyền dẫn quang thể khả to lớn công việc chuyển tải dịch vụ viễn thông ngày phong phú loại, hệ thống thông tin quang với u điểm băng tần rộng, có cự ly thông tin cao Đã có sức hấp dẫn mạnh nhà khai thác hệ thống thông tin quang không đặc biệt phù hợp với tuyến thông tin xuyên lục địa, đờng trục trung kế mà có tiềm to lớn việc thực chức mạng nội hạt với cấu trúc linh hoạt đáp ứng loại hình dịch vụ tơng lai Trong vòng mời năm qua, với vợt bậc công nghệ điện tử, viễn thông, công nghệ sợi quang thông tin quang có tiến vợt bậc, giá thành không ngừng giảm tạo điều kiện cho việc ngày rộng rãi nhiều lĩnh vực thông tin, công nghệ thông tin quang đợc khai thác phổ biến mạng lới giai đoạn khởi khai phá tiềm Bn bỏo cỏo thc ca em gm cú chng: Chng 1: Tng quan v thụng tin quang Chng 2: Si quang v cỏp quang Chng 3: Thit b phỏt v thu quang c s hng dn v giỳp nhit tỡnh ca thy Tin Trung bn bỏo cỏo tc ca em ó hon thnh, nhiờn kh nng v kin thc cú hn nờn khụng trỏnh sai sút, em kớnh mong cỏc thy cụ giỏo xem xột v gúp ý bn bỏo cỏo c hon thin hn Nguyn Thanh Quý L11CQVT05B Bỏo cỏo thc tt nghip H THNG TRUYềN DẫN QUANG CHNG I: TNG QUAN V THễNG TIN QUANG 1 Tiến trình phát triển hệ thống thông tin quang Từ xa xa loài ngời biết sử dụng ánh sáng để truyền thông tin nhờ tín hiệu khói hay ánh sáng phản xạ gơng ý tởng truyền ánh sáng sợi thuỷ tinh coi bắt nguồn từ thí nghiệm suối ánh sáng John Tydll Anh vào kỷ thứ 19 (năm1870) Ngời ta quan sát ánh sáng phát từ nguồn sáng, truyền qua dòng nớc hẹp tợng phản xạ toàn phần Các thí nghiệm truyền dẫn ánh sáng qua sợi thuỷ tin đợc thực ức vào năm 1930 Do sợi thuỷ tin lúc có lớp chiết xuất nên dễ gãy suy hao lớn Sự phát minh laser vào đầu năm 1960 cho phép phát triển ứng dụng sợi quang Sau laser đời, ngời ta thực hệ thống thông tin quang thử nghiệm, lấy không khí làm môi trờng truyền dẫn nh thông tin sóng vô tuyến Nhng việc truyền ánh sáng không khí thờng bị hạn chế điều kiện hạn chế tính truyền thẳng tia nh điều kiện thời tiết nh ma bão, sơng mù, nhiệt độ thay đổi , làm cho thông tin ổn định sóng vô tuyến Ngời ta dự tính truyền qua khoảng cách xa nhờ sợi quang, nhng suy hao sợi quang thời điểm lớn (1000dB/km vào năm 1967) Do vậy, việc sử dụng sợi quang hạn chế khoảng cách ngắn phòng thí ngiệm Vào năm 1970 ngời ta chế tạo thành công sợi quang Silic có suy hao 20 dB/km Năm 1976, hệ thống thông tin sợi quang dài 10km lần đợc lắp đặt Atlanta (Mỹ) với tốc độ 45Mbit/s Với tiến đạt đợc việc chế tạo linh kiện vi điện tử, điện quang công nghệ nh khuếch đại quang, ghép kênh theo bớc sóng, giúp thực hệ thống truyền dẫn có tốc độ đến 40 G bit/ s với cự li đến hàng nghìn Km (tuyến SEA - ME - WE 3) Các hệ thống truyền dẫn quang đợc sử dụng ngày nhiều mạng viễn thông mà thêm nhiều ứng dụng hệ thống công nghiệp dân dụng Nguyn Thanh Quý L11CQVT05B Bỏo cỏo thc tt nghip H THNG TRUYềN DẫN QUANG Các u điểm nhợc hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang a) hệ thống truyền dẫn quang có u điểm sau: Độ rộng băng tần lớn (khoảng 15 THz nm) suy hao thấp (0, 0, 25 dB / KM bớc sóng 1550nm) độ rộng băng tần lớn suy hao thấp điều cho phép truyền dẫn tốc độ bit cao cự li xa Sợi quang không bị ảnh hởng nhiễm điện từ Tính an toàn tính bảo mật cao không bị rò sóng điện từ nh cáp kim loại Sợi quang có kích thớc nhỏ, không bị ăn mòn a xit, kiềm, nớc có độ bền cao Hệ thống truyền dẫn quang có khả nâng cấp dễ dàng lên tốc độ bit cao cách thay đổi bớc sóng công tác kỹ thuật ghép kênh b) Nhợc điểm hệ thống truyền dẫn quang: - Không truyền dẫn đợc nguồn lợng có công suất lớn, hạn chế mức công suất cở vài miliwat - Tín hiệu truyền bị suy hao giãn rộng, điều làm hạn chế cự li hệ thống truyền dẫn Thiết bị đầu cuối sợi quang có giá thành cao so với hệ thống dùng cáp kim loại - Hệ thống thông tin quang yêu cầu cấu tạo linh kiện tinh vi đòi hỏi độ xác tuyệt đối việc hàn nối phức tạp - Việc cấp nguồn điện cho trạm trung gian khó không lợi dụng đợc đờng truyền nh hệ thống thông tin điện Các hệ thống truyền dẫn số cáp sợi quang mạng viễn thông Hệ thống truyền dẫn sợi quang, điều chế cờng độ tách sóng trực tiếp Trong hệ thống điều chế cờng độ thu trực tiếp, ngời ta dùng tín hiệu điện để điều chế cờng độ xạ nguồn quang đầu thu tín hiệu đợc tách trực tiếp diốt quang từ nguồn công xuất quang nhận đợc Các hệ thống truyền dẫn sử dụng nguyên lý hệ thống điều chế cờng độ thu trực tiếp có u điểm đơn giản, dễ thực phần tử nguồn quang, sợi quang, thu quang không đòi hỏi cao thông số, chế độ hoạt động: bề rộng phổ, ổn định tần số, nhiệt độ, phân cực nhng truyền dẫn tốc độ cao từ 2, Gbit/s trở lên độ nhạy thu Nguyn Thanh Quý L11CQVT05B H THNG TRUYềN DẫN QUANG Bỏo cỏo thc tt nghip bị giảm mạnh, khiến cự ly trạm lặp bị hạn chế, đồng thời không tận dụng đợc băng tần rộng sợi quang (hàng chục nghìn GHz) Các hệ thống thông tin quang truyền có tốc độ bit theo tiêu chuẫn phân cấp đồng (SDH): 155 Mbit/s 622M bit/s 2500M bit/s 10Gbit/s Nhờ sử dụng khuếch đại quang, cự li tuyến thông tin cáp sợi quang 2, Gbit/s đất liền đạt khoảng 150 Km với hệ thống cáp quang thả biển, ngời ta thực tuyến 2, Gbit/s có chiều dài 10 073Km tuyến sử dụng 199 khuếch đại quang EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier) Các luồng tín hiệu điện Khối ghép kênh Bộ điều khiển Nguồn quang Các luồng tín hiệu điện Bộ biến đổi O/E Bộ biến đổi E/0 Trạm Lặp Thiết bị đầu cuối tuyến Khuếch đại Khôi phục tín hiệu Khối Tách Kênh Thiết bị đầu cuối tuyến Hình 1 Các thành phần tuyến truyền dẫn cáp sợi quang Hệ thông tin quang gồm thành phần chính: Khối dồn kênh/ tách kênh: Ghép luồng tín hiệu có tốc độ thấp (2Mbit/s, 34Mbit/s, 140M bit/s, 158Mbit/s .) thành luồng tín hiệu có tốc độ bit cao ngợc lại Khối phát: Gồm có mạch kiều khiển, nguồn quang thực việc điều biến tín hiệu thành tín hiệu quang để truyền vào sợi quang Các hệ thống thông tin quang coherent tơng lai áp dụng nguyên lý điều pha điều tần tín hiệu quang Cáp sợi quang: Để truyền dẫn tín hiệu ánh sáng Trạm lặp: Hoặc khuếch đại quang tuyến có tín hiệu dài Khối thu quang: Gồm có photodide để chuyễn tín hiệu quang thành tín hiệu điện, khối khuếch đại khôi phục tín hiệu Nguyn Thanh Quý L11CQVT05B Bỏo cỏo thc tt nghip H THNG TRUYềN DẫN QUANG Các hệ thống thông tin quang phát triển qua hệ: Thế hệ 1: Sử dụng sợi quang đa chiết xuất bậc (Step Index SI) chiết suất biến đổi (Graded Index GI), hoạt động bớc sóng 850nm Linh kiện thu, phát thờng đợc sử dụng LED diode PIN Thế hệ 2: Sử dụng sợi quang đa mode, GI, hoạt động bớc sóng 850nm 1300nm Nhờ sử dụng diode laser, hệ thống thông tin cáp sợi quang hệ truyền hàng chục Mbit/s qua cự ly vài chục km (B.L 1000MHz Km) Thế hệ 3: Sử dụng sợi quang đơn mode, hoạt động bớc sóng 1300nm Do sợi quang đơn mode có độ rộng băng tần cao nhiều sợi quang đa mode, hệ thống thông tin cáp sợi quang hệ truyền tốc độ hàng trăm Mbit/s qua cự ly thông tin trạm lặp tới gần 100km Thế hệ 4: Sử dụng sợi quang đơn mode, hoạt động bớc sóng 1550nm hệ thống thông tin cáp sợi quang hệ 4, ngời ta bắt đầu sử dụng diode laser đơn mode có bề rộng phổ hẹp (loại hồi tiếp phân bố DFB-Ditributed Feedback), cho phép truyền tốc độ 2.5Gbit/s qua cự ly 150 200km không cần trạm lặp Trong thời gian tới, phơng hớng phát triển công nghệ thông tin cáp sợi quang tiếp tục phát triển hệ Trong thống IMDD song song với công nghệ ghép kênh theo bớc sóng, thời kỹ thuật khuếch đại quang sợi (EDFA) kỹ thuật bù tán sắc Mục đích tăng tốc độ truyền dẫn lên hàng chục Gbit/s cự ly trạm lặp lên hàng trăm km 1.3.2 Hệ thống thông tin quang Coherent: Hình Sự phụ thuộc độ nhạy thu vào tốc độ đờng truyền Nguyn Thanh Quý L11CQVT05B H THNG TRUYềN DẫN QUANG Bỏo cỏo thc tt nghip Từ nhiều năm nay, ngời ta tiến hành nghiên cứu thử nghiệm vể hệ thống thông tin quang coherent u điểm bật hệ thống thông tin quang coherent so với Hệ thống điều chế trực tiếp cờng độ ánh sáng là: Cải thiện đáng kể độ nhạy thu từ 15-20dB Điều cho phép tăng cự li truyền dẫn không cần trạm lặp từ 75-100km Nâng cao lực truyền dẫn nhờ khả sử dụng kỹ thuật ghép kênh theo tần số (FDM) với kỹ thuật FDM, sử dụng băng thông rộng khoảng 20.000Ghz (ở bớc sóng 1500mm-1600mm) Tơng đơng với khả truyền dẫn 120 triệu kênh thoại đôi quang Sơ đồ hệ thống coherent biểu diễn nh hình vẽ: Tín hiệu vào Bộ khuếch đại Diode Laser Điều khiển phân cực Điều chế Khối thu quang quang Cáp sợi quang Mạch trung tần Khuếch đại giải điều chế Tín hiệu Bộ dao động nội Hình Sơ đồ hệ thống thông tin quang coherent đầu phát: tín hiệu quang đợc điều chế nguyên lý dịch pha PSK PSK: khoá dịch tần FSK kỹ thuật FSK cho phép giảm độ thu xuống 2-3dB, nhng yêu cầu bề rộng phổ nguồn phát hẹp (tỷ số bề rộng phổ/tốc độ truyền 10-4) kỹ thuật FSK yêu cầu tỷ số bề rộng phổ/ tốc độ truyền 10-1) Nguyn Thanh Quý L11CQVT05B Bỏo cỏo thc tt nghip H THNG TRUYềN DẫN QUANG Sợi quang: Sợi quang dùng hệ thống coherent loại sợi quang đơn mode thông thờng sợi đơn bảo toàn phân cực Nếu sử dụng sợi đơn mode thờng, trớc thu ta cần sử dụng điều chỉnh phân cực Khối thu: Trong hệ thống coherent, khối thu đợc chia thành hai loại heterodyne homodyne đầu thu, tín hiệu thu đợc trộn với tín hiệu dao động nội thu heterodyne, tần số dao động nội khác tần số tín hiệu tới thu homodyne, tần số dao động nội trùng với tần số tín hiệu Kỹ thuật thu hemodyne nhạy thu heterodyne khoảng 3dB nhng khó thực tín hiệu dao động nội phải giữ đồng pha với tín hiệu thu đợc Hệ thống thông tin quang kết hợp đợc phép truyền liệu với tốc độ hàng chục Gbit/s trở lên qua khoảng cách xa nhng cha đợc sử dụng thực tế khó khăn công nghệ chế tạo giá thành Xu hớng phát triển hệ thống truyền dẫn cáp sợi quang: Các nghiên cứu truyền dãn cáp sợi quang tập trung vào hai mục tiêu tăng tốc độ truyền dẫn cự li tăng khoảng lặp Các hớng phát triển kỷ thuật thông tin cáp sợi quang là: 1.4.1 Sự dụng kỹ thuật phân kênh theo bớc sóng (WDM): Trong hệ thống ghép kênh theo bớc sóng, ngời ta sử dụng nhiều nguồn quang (thờng lazer hồi tiếp phân bố DFB có bề rộng phổ hẹp), hoạt động bớc sóng khác Khoảng cách kênh đợc chọn phụ thuộc vào ổn định theo nhiệt độ nguồn sáng khả ghép kênh /tách kênh, chẳng hạn nm Sơ đồ hệ thống ghép kênh theo bớc sóng đợc mô tả (hình vẽ 5) Trong khoảng từ bớc sóng 1545 6nm 1570 6nm, ngời ta ghép đợc 18 kênh, kênh truyền 2.5 Gbit/s, tơng đơng 30240 kênh thoại hệ thống có khả truyền 500 000 kênh thoại đôi quang Hiện ngời ta thực đợc hệ thống cáp sợi quang biển truyền tốc độ 40 Gbit/s cách ghép kênh theo bớc sóng 16 luồng tốc độ Gbit/s Nguyn Thanh Quý L11CQVT05B H THNG TRUYềN DẫN QUANG Bỏo cỏo thc tt nghip DBF1 DBF2 DBF18 18 M U X D E M U X To Op 18 Hình Sơ đồ hệ thống truyền dẫn ghép kênh theo bớc sóng 1.4.2 Thực hệ thống truyền dẫn coherent sử dụng kỹ thuật phân kênh theo tần số (FDM Frequency Division Multiplex) Kỹ thuật FDM cung cấp khả truyền dẫn lớn hiều so với kỹ thuật Ghép kênh theo bớc sóng khoảng cách kênh hệ thống ghép kênh theo tần số yêu cầu khoảng 5GHz(tơng đơng 04nm bớc sóng 1550nm), kênh kỹ thuật ghép kênh theo bớc sóng khoảng 250 GHz tức 2nm Nếu kênh truyền tốc độ 2.5 Gbit/s, ta truyền dung lợng tơng đơng30240 x 2500= 75, triệu kênh thoại đôi sợi quang Nguyn Thanh Quý L11CQVT05B H THNG TRUYềN DẫN QUANG Bỏo cỏo thc tt nghip CHNG 2: SI QUANG V CP QUANG Cựng vi s phỏt trin ca khoa hoc k thut thỡ cỏp quang v si quang cng ngy cng c phỏt trin nhm phự hp vi cỏc mụi trng khỏc nh di nc, trờn t lin, treo trờn khụng, v c bit gn õy nht l cỏp quang treo trờn ng dõy in cao th, bt k õu thỡ cỏp quang v si quang cng th hin c s tin cy tuyt i 2.1 Si quang v cỏp si quang: 2.1.1 S truyn dn ỏnh sỏng si quang: ng dng hin tng phn x ton phn, si quang c ch to gm lừi (core) bng thu tinh cú chit sut n1 v lp bc (cladding) bng thu tinh cú chit sut n2 vi n1> n2 nh sỏng truyn lừi si quang s phn x nhiu ln (phn x ton phn) trờn mt tip giỏp gia lừi v lp v bc Do ú ỏnh sỏng cú th truyn si c ly di c si b un cong gii hn cho phộp Lp bc (cladding) n2 n2 n n1 Lừi (core) n1 Lp bc (cladding) n2 Hỡnh 2: Nguyờn lý truyn dn ỏnh sỏng si quang Cu to ca si quang Thnh phn chớnh ca si quang gm lừi v lp bc Lừi dn ỏnh sỏng cũn v bc gi ỏnh sỏng trung lừi nh s phn x ton phn gia lừi v lp bc V si Lừi si 10 Nguyn Thanh Quý L11CQVT05B H THNG TRUYềN DẫN QUANG Bỏo cỏo thc tt nghip LED phỏt x rỡa (ELED) c tớnh k thut Cỏc c tớnh ca LED ph thuc rt nhiu vo cu to ca chỳng Ngoi theo phỏt trin ca cụng ngh bỏn dn cht lng ca LED ngy cng nõng cao hn Thụng s in Dũng in hot ng tiờu biu: t 50mA n 300mA in ỏp st trờn LED t 1, 5V 2, 5V Cụng sut phỏt L cụng sut tng ngun quang phỏt ra, cụng sut phỏt ca LED t n 3mW i vi loi phỏt sỏng cao cụng suỏt ca LED cú th lờn ti 10mW Cỏc LED phỏt x mt cú cụng sut phỏt cao hn LED phgats x rỡa vi cựng dũng kớch thớch Nhng iu ú khụng cú ngha l si quang nhn c cụng sut quang t LED phỏt x mt cao hn LED phỏt x rỡa 26 Nguyn Thanh Quý L11CQVT05B Cụng sut phỏt ca LED v ELED Gúc phỏt quang Cụng sut ỏnh sang ngun quang phỏt cc i trc phỏt v gim dn theo gúc hp vi trc Gúc phỏt quang c xỏc nh mc cụng sut phỏt quang gim i mt na (3dB) so vi mc cc i LED phỏt x mt cú gúc phỏt quang ln hn so vi LED phỏt x rỡa Gúc phỏt quang ca LED v ELED Hiu sut ghộp quang Hiu sut ghộp quang c tớnh bi t s cụng sut quang ghộp vo si quang vi cụng sut phỏt quang tng cng ca ngun quang Hiu sut ghộp quang ph thuc vo kớch thc ca vựng phỏt quang, gúc phỏt quang ca ngun, gúc thu nhn (NA) ca si quang v v trớ t ngun quang v si quang Hiu sut ghộp ca Led phỏt x mt khong n 5% v LED phỏt x rỡa khong t n 15% T ú, cụng sut phỏt ca LED phỏt x mt ln hn nhng cụng sut a vo si quang ca LED phỏt x rỡa li ln hn rng ph Ngun quang phỏt cụng sut cc i bc súng trung tõm v gim dn v hai phớa rng ph l khong bc súng m ú cụng sut quang khụng nh hn na mc cụng sut nh Thụng thng LED cú rng ph khong 35 n 100nm rng ph ca LED Thi gian chuyn lờn L khong thi gian m cụng sut tng t 10 n 90% mc ccong sut n nh cú xung in kớch thớch ngun quang Thi gian chuyn lờn ca ngun quang cú nh hng n tc bit ca tớn hiu iu ch, mun iu ch tc cng cao thỡ ngun quang phi cú thi gian chuyn cng nhanh Gii thụng ti a ca tớn hiu iu ch ph thuc vo thi gian chuyn nh hng ca nhit Khi nhit tng thỡ cụng sut paths gim, nhiờn mc nh hng bi nhit ca LED khụng cao bc súng 850nm: nh hng l -1% /0C bc súng 1300nm v 1550nm: nh hng t n % /0C 3.1.3 Diode Laser (LD) Núi chung, Laser cú rt nhiu dng v cỏc kớch c Chỳng tn ti dng khớ, cht lng, tinh th hoc bỏn dn i vi cỏc h thng thụng tin quang, cỏc ngun phỏt Laser l cỏc Laser bỏn dn v thng gi chỳng l LD Cỏc loi Laser cú th l khỏc nhng nguyờn lý hot ng c bn ca chỳng l nh Hot ng ca Laser l kt qu ca ba quỏ trỡnh mu cht l: hp th phụton, phỏt x t phỏt v phỏt x kớch thớch Cỏc h thng thụng tin quang thng l cú tc rt cao, hin nhiu h thng thụng tin quang cú tc 5Gbit/s n 5Gbit/s ó c a vo khai thỏc Bng tn ca h thng thụng tin quang ũi hi khỏ ln, nh vy cỏc LD phun s phự hp hn l cỏc it phỏt quang LED Cỏc LD thụng thng cú thi gian ỏp ng nh hn 1ns, rng ph trung bỡnh t 1nm n nm v nh hn, cụng sut ghộp vo si quang t vi miliwatt 3.1.3.1 Cu to ca Laser: Cu to ca nú gn ging vi ELED, im khỏc bit c bn l Laser cú mt phn x hai u lp tớch cc to nờn hc cng hng quang Phn ỏnh sang phỏt theo chiu dc ca hc cng hng s b phn x qua li gia hai mt phn x Trong quỏ trỡnh di chuyn theo chiu dc ca hc ỏnh sang kớch thớch cỏc in t kt hp l trng phúng cỏc photon mi Phn ỏnh sỏng thoỏt theo phng khỏc b tht thoỏt dn Nh vy ch cú phn ỏnh sỏng phỏt theo chiu dc mi c khuch i Mt sau ca Laser c ph mt lp phn x cũn mt trc c ct nhn mt phn ỏnh sỏng phn x cũn mt phn chiu ngoi Nhm tng hiu qu phỏt x, cỏc Laser thc t cú cu trỳc phc hn chng hn nh loi Laser cú cu trỳc nhiu lp chon c gi l Laser BH (Buried Heterostructure) cú vựng phỏt sỏng rt hp nờn hiu sut ghộp quang vo si rt cao c tớnh k thut Thụng s in Dũng in ngng: Khi dũng in kớch thớch cho Laser cú tr s nh, Laser hot ng ch phỏt x t phỏt nờn cụng sut phỏt rt thp Khi c kớch thớch vi dũng in ln Laser hot ng ch khớch thớch cụng sut quang tng nhanh theo dũng kớch thớch Dũng ngng thay i theo nhit i vi Laser c thỡ dũng ngng cú giỏ tr t 50 n 100mA cũn i vi Laser i mi thỡ dũng ngng t 10 n 20 mA Dũng in kớch thớch: t vi chc n vi trm tu theo loi in ỏp st trờn Laser t 1, n 2, 5V Cụng sut phỏt Cụng sut phỏt ca Laser t n 10mW, i vi nhng Laser i mi thỡ cú th lờn ti 50mW hay hn na Gúc phỏt sỏng Gúc phỏt sỏng ca Laser theo phng ngang ca lp tớch cc ch khong ữ 10o cũn theo phng vuụng gúc lp tớch cc gúc phỏt cú th lờn ti 40o Nh vy mt bao ca gúc phỏt khụng phi l mt nún trũn xoay m l mt nún hỡnh elip Hiu sut ghộp Laser cú vựng phỏt sỏng nh, gúc phỏt sỏng hp nờn hiu sut ghộp ỏnh sỏng vo si quang rt cao Trung bỡnh hiu sut ghộp quang ca Laser khong: 30% n 50% i vi si n mode 60% n 90% i vi si a mode tng hiu sut ghộp quang ngi ta cú th thờm cỏc chi tit ph gia ngun quang v si quang nh t thờm thỏu kớnh gia ngun quang v si quang, to u si quang cú dng mt cu rng ph Dng ph ca phỏt x ca Laser l tng hp c tuyn khuch i (do b rng khe nng lng thay i) v c tuyn ghc cng hng quang (ph thuc vo chiu di hc) So vi LED thỡ ph phỏt x cu Laser rt hp khong t n 4nm Dng ph gm nhiu vch ri rc nờn gi l ph ca Laser a mode Ngi ta cú khuynh hng ch to Laser cú ph ngy cng hp gim tỏn sc cht liukhi s dng bc song 1550nm V tng lai cú th ỏp dng rng k thut ghộp kờnh theo bc súng Ph phỏt x ca Laser thc t Thi gian chuyn lờn Thi gian cụng sut quang tng lờn t 10% n 90% mc cụng sut xỏc lp, thụng thng khụng quỏ 1ns nh hng ca nhit Khi nhit thay i thỡ dũng ngng ca Laser cng thay i ú cụng sut phỏt cng thay i nu gi nguyờn dũng kớch thớch, Khi nhit tng thỡ dũng ngng cng tng theo dng hm m ca s gia tng nhit Trung bỡnh gia tng dũng ngng vo khong +1% / oC Ngoi nhit thay i thỡ cụng sut phỏt cng thay i nhng mỳc nh hng thp 3.1.3.2 Nhiu ngun phỏt Laser Khi cỏc LD c s dng cỏc h thng thụng tin quang cú tc cao, thỡ mt s hot ng ca Laser bt u xut hin v tc bin i cng cao thỡ chỳng cng th hin rừ v cú th gõy nhiu u ca b thu Cỏc hin tng ny c gi l nhiu mode, nhiu cnh tranh mode v nhiu phn x Vỡ ỏnh sỏng lan truyn dc theo si dn quang nờn s kt hp ca cỏc suy hao mode ph thuc, thay i pha gia cỏc mode v s bt n nh v phõn b nng lng cỏc mode khỏc s lm thay i nhiu mode Nhiu mode xut hin cú s suy hao bt k no ú tuyn Cỏc ngun phỏt quang bng hp cú tớnh kt hp cao nh cỏc Laser n mode s gõy nhiu mode ln hn cỏc ngun phỏt bng rng Ngoi ra, hin tng phn x nh tr li Laser cỏc mt phn x t ngoi cú th gõy s thay i ỏng k nhiu mode v vỡ th cng lm thay i c tớnh ca h thng Nhiu phn x cú liờn quan ti mộo tuyn tớnh u LD gõy mt lng ỏnh sỏng phn x tr li v i vo hc cng hng Laser t cỏc im ni si Cú th gim c nhiu phn x dựng cỏc b cỏch ly quang gia LD v si dn quang Kt lun: Ngun phỏt quang úng mt vai trũ rt quan trng i vi h thng thụng tin quang, phn ny ta quan tõm ch yu n LD, Laser n mode T ú, ta cú th la chn ngun phỏt cho phự hp vi h thng 3.2 Thit b thu quang 3.2.1 C ch thu quang C s ca hiu ng quang in l quỏ trỡnh hp th ỏnh sỏng cht bỏn dn Khi ỏnh sỏng p vo mt vt th bỏn dn, cỏc in t vựng ho tr c chuyn di ti vựng dn nhng nu khụng cú mt s tỏc ng sy thỡ s khụng thu c kt qu gỡ m ch cú cỏc in t chuyn ng xung quanh v tỏi hp tr li vi cỏc l trng vựng hoỏ tr Do ú bin i nng lng quang thnh in ta phi tn dng trng thỏi m l trng v in t cha kp tỏi hp Trong linh kin thu quang, lp chuyn tip p-n c s dng tỏch in t l trng Khi ỏnh sỏng p vo vựng p s b hp th quỏ trỡnh lan truyn n vựng n Trong quỏ trỡnh ú, cỏc in t v l trng ó c to v ti vựng nghốo hp th photon s chuyn ng v hai hng i ngc di tỏc ng ca in trng nờn chỳng tỏch ri Vỡ khụng cú in trng bờn ngoi vựng nghốo nờn cỏc in t v l trng c to hiu ng quang in v s tỏi hp quỏ trỡnh chuyn ng ca chỳng Tuy nhiờn, s cú mt vi in t di chuyn vo in trng quỏ trỡnh chuyn ng v cú kh nng thõm nhp vo mi vựng V ú cú mt in th s c to gia cỏc p v n Nu hai u ca ú c ni vi mch in ngoi thỡ cỏc in t v l trng s c tỏi hp mch ngoi v s cú dũng in chy qua 3.2.2 Photodiode PIN a/ Cu to Cu to ca diode thu quang PIN gm cú lp bỏn dn P-I-N, ú lp I l lp bỏn dn khụng pha cht hoc pha vi nng rt thp Quỏ trỡnh hp th photon tỏch cỏc in t v l trng xy lp I Do ú lp I cng dy thỡ hiu sut lng t s cao nhng thi gian trụi ca in t s cng chm iu ny lm gim kh nng hot ng vi tc cao ca PIN B dy ca lp P ph thuc kh nng thõm nhp ca ỏnh sỏng vo bỏn dn, ỏnh sỏng cú bc súng cng cao thỡ kh nng thõm nhp vo bỏn dn cng ln Cu to ca diode thu quang PIN b/ Nguyờn lý hot ng Phụtoit PIN l b tỏch súng dựng bin i tớn hiu quang thnh tớn hiu in Cu trỳc c bn ca Photoit PIN gm cỏc vựng p v n t cỏch bng mt lp t dn i rt mng thit b hot ng thỡ cn phi cp mt thiờn ỏp ngc vựng bờn rỳt ht cỏc loi ht mang Khi cú ỏnh sỏng i vo Photoit PIN thỡ s xy quỏ trỡnh nh sau Nu mt photon chựm ỏnh sỏng ti mang mt nng lng hv ln hn hoc ngang bng vi nng lng di cm ca lp vt liu bỏn dn Photoit thỡ photon cú th kớch thớch in t t vựng hoỏ tr sang vựng dn Quỏ trỡnh ny s phỏt cỏc cp in t, l trng Thụng thng, b tỏch súng quang c thit k cho cỏc ht mang ny ch yu c phỏt ti vựng nghốo l ni m hu ht cỏc ỏnh sỏng ti b hp th (hỡnh S cú mt ca trng in cao vựng nghốo lm cho cỏc ht mang tỏch v thu nhn qua tip giỏp cú thiờn ỏp ngc iu ny lm tng lung dũng mch ngoi, vi mt lung dũng in s ng vi nhiu cp mang c phỏt v dũng ny gi l dũng photon Hỡnh 2: S vựng nng lng ca Photoit PIN Trong trng hp lý tng, mi photon chiu vo phỏi sinh mt xung in mch ngoi v giỏ tr trung bỡnh ca dũng in sinh phi t l vi cụng sut ca ỏnh sỏng chiu vo nhng thc t, khụng t c nh vy m mt phn ỏnh sỏng b tn hao phn x 3.2.3 Photodiode thỏc APD: a/ Cu to ng dng hin tng nhõn in t bỏn dn ngi ta ch to APD ú P+ v N+ l hai lp bỏn dn cú nng cht cao cũn P- l lp cú nng cht rt thp(thay th lp I PIN) Nguyờn lý hot ng Hỡnh 3: Cu trỳc Photoit thỏc v trng in vựng trụi Khi cú ỏnh sỏng chiu vo cỏc photon b hp th v sinh cỏc cp in t l trng L trng di chuyn v phớa P+ ni vi cc õm ca ngun cũn in t di chuyn v lp tip giỏp phớa PN+ in trng cao vựng ny s tng tc cho in t in t va chm vi cỏc tinh th bỏn dn to nờn cỏc cp in t l trng mi Cỏc in t th cp mi li cú kh nng gõy s oxi hoỏ va chm Quỏ trỡnh c tip din v s lng ht ti in tng lờn rt ln 3.2.3 Thụng s ca thit b thu quang Hiu sut lng t L t s in t c sinh trờn tng s photon c hp th Thụng thng cỏc diode t hiu qu khong 60 n 90% Trong ú: : Hiu sut lng t nph: S photon hp th ne : S lng in t tỏch nhy quang nhy quang cho bit kh nng bin i cụng sut quang thnh dũng in Nu ti mt bc súng cú s photon ri vo l N0 v nng lng mi photon l: m thỡ cụng sut quang thu c l: v lng in tớch sinh l: vi T ú ta tớnh c dũng in sinh t cỏc photon l: gi S nhy quang cú th nguyờn [A/W] v Tp õm ca tỏch súng quang i vi cỏc b tỏch súng quang, b thu quang cn phi cú nhy thu rt cao, iu ú ũi hi cỏc photoiụt phi tỏch c tớn hiu quang rt yu t phớa ng truyn ti thc hin thu c cỏc tớn hiu rt yu ny, cn phi ti u hoỏ c b tỏch súng quang v c cỏc mch khuch i tớn hiu i kốm theo ú, iu ny cho phộp ta nhn c t l tớn hiu trờn õm S/N: vi: Pp: Cụng sut tớn hiu dũng photo to PTS: Cụng sut õm ca b tỏch súng PKD: Cụng sut õm ca b khuch i t c t l S/N cao thỡ phi hi cỏc iu kin sau: S dng cỏc b tỏch súng quang cú hiu sut lng t cao nhm to cụng sut tớn hiu ln Phi hn ch c cỏc õm ca b tỏch súng quang v b khuch i tớn hiu b thu quang cng nhiu cng tt Tp õm ca cỏc b khuch i quang l õm ca b tin khuych i v ca cỏc b khuych i phớa sau Nhng thc t, phn ln õm l cỏc b tỏch súng v cỏc b tin khuych i quyt nh 3.2 B thu quang truyn dn tớn hiu s Hu ht cỏc h thng thụng tin quang hin thc hin truyn dn tớn hiu s Tớn hiu c phỏt t phớa phỏt l lung s nh phõn vi cỏc giỏ tr v mt khong thi gian Trong mt b thu quang, ỏnh sỏng nhn c t phớa ng truyn s c tỏch v bin i thnh tớn hiu in v c khụi phc u thu B khuch i thc hin vic bin i dũng ny thnh tớn hiu in ỏp vi mc phự hp vi cỏc mch tip theo sau Nhim v ca b lc nhm gii hn bng tn ca b thu, lm gim ti thiu õm phỏt t b tỏch súng v khuch i Xung clock c trớch ly t chựm tớn hiu s mch quyt nh Hỡnh 4: s ca b thu quang in hỡnh truyn dn s 3.3 Kt lun chng Vic xem xột cỏc c tớnh k thut ca thit b thu quang l mt yu t rt quan trng Cht lng ca h thng ph thuc rt nhiu vo cỏc thit b thu quang m õy ta xột ch yu n LD KT LUN ti h thng thụng tin quang ó thc s em li cho em nhiu hiu bit v thụng tin si quang Khi tỡm hiu v h thng thụng tin si quang chng ó trỡnh by mt cỏch khỏi quỏt v h thng v ó giỳp cho em cú tm nhỡn v h thng thụng tin si quang mt cỏch tng quỏt Cỏc chng tip theo trung vo trỡnh by mt cỏch then cht cỏc nh cỏc c im, cu to chc nng ca h thng, v tng b phn cu thnh nờn h thng Cun bỏo cỏo thc tt nghip em son vi s hng dn ca thy Tin Trung Mc dự cú nhiu c gng nhng thi gian v kin thc bn thõn cũn hn ch nờn khụng trỏnh nhng thiu sút, em rt mong s thụng cm v gúp ý ca cỏc thy cụ em cú th hon thin hn bn bỏo cỏo ny MC LC LI NểI U .2 CHNG I: TNG QUAN V THễNG TIN QUANG CHNG 2: SI QUANG V CP QUANG 10 CHNG 3: THIT B THU V PHT QUANG 21 3.2.3 Thụng s ca thit b thu quang 36 KT LUN 39 MC LC 40 [...]... việc ghép giữa các sợi dẫn quang và LED dễ dàng và cho công suất phát ra từ đầu sợi lớn Thời gian đầu, khi công nghệ thông tin quang chưa được phổ biến, điốt phát quang thường dùng cho các sợi quang đa mode Nhưng chỉ sau đó một thời gian ngắn, khi mà các hệ thống thông tin quang phát triển khá rộng rãi, các sợi dẫn quang đơn mode được đưa vào sử dụng trong các hệ thống thông tin quang thì LED cũng đã... hơn so với LED phát xạ rìa Góc phát quang của LED và ELED  Hiệu suất ghép quang Hiệu suất ghép quang được tính bởi tỷ số công suất quang ghép vào sợi quang với công suất phát quang tổng cộng của nguồn quang Hiệu suất ghép quang phụ thuộc vào kích thước của vùng phát quang, góc phát quang của nguồn, góc thu nhận (NA) của sợi quang và vị trí đặt nguồn quang và sợi quang Hiệu suất ghép của Led phát xạ... dùng các bộ cách ly quang giữa LD và sợi dẫn quang Kết luận: Nguồn phát quang đóng một vai trò rất quan trọng đối với hệ thống thông tin quang, ở phần này ta quan tâm chủ yếu đến LD, Laser đơn mode Từ đó, ta có thể lựa chọn nguồn phát sao cho phù hợp với hệ thống 3.2 Thiết bị thu quang 3.2.1 Cơ chế thu quang Cơ sở của hiệu ứng quang điện là quá trình hấp thụ ánh sáng trong chất bán dẫn Khi ánh sáng đập... giảm đi 3.1.2 Diode phát quang (LED: Light Emitting Diode) 3.1.2.1 Đặc điểm chung: Điốt phát quang LED là nguồn phát quang rất phù hợp cho các hệ thống thông tin quang tốc độ không quá 200Mbit/s sử dụng sợi dẫn quang đa mode Để sử dụng tốt cho hệ thống thông tin quang, LED phải có công suất bức xạ cao, thời gian đáp ứng nhanh và hiệu suất lượng tử cao Sự bức xạ của nó là công suất quang phát xạ theo góc... ta hiểu thêm về những đặc tính kỹ thuật của sợi quang và cáp quang Để ứng dụng quang trong hệ thống thông tin thì sợi quang phải được bọc thành cáp Với các môi trường khác nhau thì cấu trúc của cáp quang cũng khác nhau để phù hợp với nhu cầu thưc tế Tuy nhiên, để đảm bảo chất lượng tốt của hệ thống thì các thiết bị phát quang cũng như các thiết bị thu quang cũng góp một phần rất quan trọng và phần này... hoặc bán dẫn Đối với các hệ thống thông tin quang, các nguồn phát Laser là các Laser bán dẫn và thường gọi chúng là LD Các loại Laser có thể là khác nhau nhưng nguyên lý hoạt động cơ bản của chúng là như nhau Hoạt động của Laser là kết quả của ba quá trình mấu chốt là: hấp thụ phôton, phát xạ tự phát và phát xạ kích thích Các hệ thống thông tin quang thường là có tốc độ rất cao, hiện nay nhiều hệ thống. .. nhau sẽ truyền theo các đường khác nhau n2 n2 n1 n n1> n2 n2 Hình 2 3 Sự truyền ánh sáng trong sợi quang có chiết suất nhảy bậc (SI) Các tia sáng truyền trong lõi với cùng 1 vận tốc: 13 Nguyễn Thanh Quý – L11CQVT05B HỆ THỐNG TRUYÒN DÉN QUANG Báo cáo thực tập tốt nghiệp Ở đây n1 không thay đổi mà chiều dài đường đi lại khác nhau nên thời gian truyền sẽ khác nhau trên cùng một chiều dài sợi Điều này dẫn. .. trong sợi GI Đường truyền của các tia trong sợi GI cũng không bằng nhau nhưng vận tốc truyền cũng thay đổi theo Các tia truyền xa trục có đường truyền dài hơn nhưng lại có vận tốc truyền lớn hơn và ngược lại, các tia truyền gần trục có đường truyền ngắn nhưng lại có vân tốc truyền nhỏ hơn Tia truyền dọc theo trục có đường truyền ngắn nhất vì chiết suất ở trục là lớn nhất Nếu chế tạo chính xác sự phân bố... khi được truyền dọc theo sợi dẫn quang Khi xung bị giãn ra nó sẽ phủ lên các xung bên 20 Nguyễn Thanh Quý – L11CQVT05B Báo cáo thực tập tốt nghiệp HỆ THỐNG TRUYÒN DÉN QUANG cạnh Khi sự phủ này vượt quá một giá trị giới hạn nào đó thì thiết bị phía thu sẽ không phân biệt được các xung kề nhau nữa, lúc này lỗi bít xuất hiện Như vậy, đặc tính tán sắc làm giới hạn dung lượng truyền dẫn của sợi quang 2.5... sợi quang hay nói cách khác tương đương 1 ống dẫn song Ánh sáng phát ra ở cả hai đầu ống dẫn song này, một trong 2 cực được nối với nguồn quang Cấu trúc này có ưu điểm là vùng phát sáng hẹp và góc phát sáng nhỏ nên hiệu suất ghép quang vào sợi quang cao Tuy nhiên nó cũng có hạn chế là khi hoạt động nhiệt độ của ELED tăng khá cao nên đòi hỏi phải được giải nhiệt 25 Nguyễn Thanh Quý – L11CQVT05B HỆ THỐNG